JP2016508599A - 試験対象の位置を定めるシステム - Google Patents
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Abstract
Description
評価ユニットとしては、たとえば二次元のセンサユニットが知られており、あるいは古典的な場合においては人の目である。
調査される面(球)の曲率中心点が正確に参照軸上にない場合には、照射ビームは試験体表面へ垂直に当らない。その結果、照射ビームは試験体表面で反射した後にそれ自体内で戻らずに、表面に対して90°からずれた反射角度で戻る。
偏差は、調査すべき面(球)のセンタリングエラーに直接比例する。
この課題は、各任意の場所上に光学軸に沿ってマークの像を結像させる課題と意味が等しい。
この課題を解決するために、従来技術からは、交換可能なオプティカルヘッドを使用すること、あるいはAKFの結像距離を内部の合焦を介して変化させること(たとえば光学軸に沿って摺動可能なレンズまたはレンズグループを介して)、あるいはオートコリメーションテレスコープと調査すべき面(試験体又は試験対象)との間の間隔の変化(リニアガイド)を介して、オートコリメーションテレスコープからのマークの調査すべき面の反射から、イメージが再びマークの平面内に現れるので、それを検出器ユニットが受信できるようにすることが、知られている。
オートコリメーションヘッドは、センサユニットの他に、さらにビームスプリッタープレート、照明されるバープレート、対物レンズ及び合焦するための付加的なレンズを有している。二次元のセンサユニットは、オートコリメーション対物レンズのイメージ平面内に正確に位置決めされている。
構造全体が、フレームに取り付けられている。リニアガイドを含めた上方の測定ヘッドは、テーブルの上方に取り付けられており、リニアガイドを有する下方の測定ヘッドは、テーブルの下方にある。そして、2つの測定ヘッドは、然るべきリニアガイドを介して、大体において参照軸と一致する軸線に沿って案内することができる。試験体は、参照軸を中心に回転させることができる。
好ましい展開が、従属請求項によって詳しく定義される。
試験対象の位置を定めるシステムは、以下の特徴を有している:光束を送出するためのビーム源、ビームスプリッタ、検出器ユニット及び対物レンズを備えたオートコリメーションテレスコープ;合焦装置として形成された光学エレメントを具備し、その場合に試験対象、ビーム源及び合焦装置が共通の光学軸(z)に沿って配置されており、かつ、
合焦装置を制御するための制御装置を具備し、その合焦装置が、光束が座標(x1、y1)を有する試験対象の第1の試験面の曲率中心点上に、かつ少なくとも、座標(x2、y2)を有する試験対象の第2の試験面の曲率中心点上に、合焦可能であるように、形成されている。
平面の特殊ケースにおいて、曲率中心点の等価性は、同様に座標x1とy1を有する平面の法線の方向として存在する。
第2の特殊ケースにおいて、非球面は、局所的に球面と見なされる。この局所的な見方によって、ここでも局所的な曲率中心点が存在し、それは、この考え方のために、通常の球面の曲率中心点のように処理される。
したがって試験面は、そのパラメータである「曲率中心点の位置」と「球の半径」によって記述される。
以下において、「試験面」の概念は、その標準的なパラメータの同義語としても使用される。
本発明によれば、付加的な光学系又はリニアガイドは、省くことができる。
したがって試験対象、たとえば光学的な構成部品の調整は、迅速化することができるだけでなく、質的に改良することもできる。
さらに、必要な構成部品は、好ましくは回転対称であり、かつ小さい。
その結果、他の利点として組み込み空間が制限される。
それとは異なり、制御装置によって光学的特性、特に合焦装置の屈折力が変化され、それによって試験すべき面の種々の曲率中心点上に合焦させることができる。
たとえば、後者の場合には、それがアクロマート・レンズであり得る、そのアクロマート・レンズは、平面的に互いに接着され、あるいはマウントを介して互いに結合されている、2つ、3つあるは多数のレンズエレメントからなる。
検出ユニットとは、本発明によれば、電磁放射を測定する各構成部品(たとえばCCDセンサ又はカメラ)と考えることができる。
ほぼ同時に、あるいは照射のために2色の光を使用する場合には、実際にも同時に、カメラ上で見られる2つのイメージの位置から、レンズ中心の位置とレンズ軸の傾きを同様に迅速に計算して、測定信号又は制御信号として提供することができる。
電気的なやり方で直接変化させることのできる焦点距離を有する光学エレメントを使用することによって、個々の合焦状態の間の切り替え時間を短くすることができる。
試験対象がまだ正確に方向付けされていない間は、オートコリメーションテレスコープからの光束は試験面に垂直に当らない。
その場合に実際の、あるいは仮想のイメージは、同一の距離において、しかしオートコリメーションテレスコープの光学軸に対して側方に変位して、生じる。
本発明に従って2つの試験面についてd1とd2と称される、この側方変位は、検出器ユニット上でオートコリメーションテレスコープによって観察されて、それによって測定情報として存在する。
この情報は、試験目的で評価することができ、あるいはこの情報を用いて試験面を適切に調節し、すなわち移動させ、ないしは傾けることができるので、試験面の曲率中心点は、共通の光学軸上に来る。
すなわち後で示す図面に表示される理想場合を達成することができる。
このようにして試験面の位置の許容誤差を最小限に抑えることができる。
それによって、焦点の位置又は曲率中心点の位置を記載することのできる、誤りのある座標(x1、y1、z1)から、焦点及び曲率中心点について一致する座標(0、0、z1)が得られる。
しかし、異なる距離内で曲率中心点の位置をほぼ並列に表示する可能性は、調整の新しい可能性を拓く。
面の位置の変化が、見かけの、すなわちオートコリメーションテレスコープによって見た、その後方に見える曲率中心点の位置を変化させる。
したがって古典的な組み立てのためには、オートコリメーションテレスコープの側から組み立てを開始すると、効果的である。
オートコリメーションテレスコープからずっと離れた面を分析するためには、常に全ての面が新たに測定されなければならない。
その場合に、測定期間は、焦点距離の変化によるだけでなく、特にすべての面の完全な測定ないし調整目標の新たな計算の必要性によっても、延長される。
他のシーケンスも有意義に適用し、それに伴ってシーケンスをさらに簡略化することができる。
変化が曲率中心点の見かけの位置へ作用するのが、実際に同時に「見られる」。
面の位置の計算は、必ずしも必要ではない。
たとえば、単純なアルゴリズムを適用することができ、その目的は、「測定機構のすべてのイメージを互いに近づける」ことである。
そのために、試験対象の構造の認識に関する正確な計算は、不要である。
特にこの補助レンズは、合焦装置の最小の屈折力がゼロとは異なる場合に、使用される。
したがって、補助レンズによって合焦領域を予め調節することができる。
好ましくは、補助レンズは、他の実施形態においては、光学軸(z)に沿って移動可能に配置されている。
試験対象が参照軸、たとえば光学軸(z)、に対して完璧に方向付けされている場合に、光束の個々の光ビームは常に同一の角度で試験対象の表面へ当る。
すなわち、参照軸を中心に試験対象が回転した場合でも、検出器ユニット、たとえばCCDセンサ上で、イメージは常に同一の箇所に現れる。
したがって追加的な構造スペースを省くことができる。
2つの試験面を有する単独レンズの例においては、この回路図は、次のように記述される:ビデオイメージの露光時間の開始によって、まず、照明色、たとえば緑がオンにされて、試験面の1つへの合焦が調節される。
露光時間の半分が経過した後に、照明が第2の光色、たとえば赤へ調節されて、同時に第2の試験面のための合焦がオンにされる。
したがってカラーカメラからカメライメージを読み出す場合に、2つのカラーチャネル内で2つの異なる測定イメージが準備され、それらは並列に評価することができる。したがってビデオイメージは、レンズの完全な位置決定のために充分である。複数の試験面のためには、それに応じてシーケンスが適合される。
試験対象を準備し;
第1の試験面の曲率中心点上へ合焦装置によって光束を合焦させ;
第1の測定値を生成し;
第2の試験面の曲率中心点上へ合焦装置によって光束を合焦させ;
第2の測定値を生成し;
計算器ユニットによって第1と第2の測定値を評価する。
その場合に好ましくは、合焦装置による第1の試験面と第2の試験面への合焦と、第1の発光ダイオードから第2のそれへの切り替えが、同期して行われる。
したがって、測定機構のイメージが検出器ユニット上に異なる色で結像され、したがって全体として表示が人間工学的にも、改良される。
検出器ユニットによって第2のイメージが記録され、そのイメージは、第2の試験面(x2、y2)における測定機構の反射に相当する。
検出器ユニットによって求められ、かつ測定された間隔(d1、d2)を用いて計算器ユニットによって試験対象(xL、yL)の位置を導き出す。
その場合に、求められた間隔(d1、d2)ないし偏差から試験対象の位置をこのように導き出すことは、当業者には知られている。
(x2、y2)を有する曲率中心点を、z軸上の曲率中心点へ移行させる。
第1の方法ステップにおいて、第1の試験面(x1、y1)のセンタリグエラーが求められる。
それに続く第2の方法ステップにおいて、その後方に位置する第2の試験面のセンタリングエラーが、第1の試験面のセンタリングエラーを考慮しながら求められる。
計算には、特に付加的に、内側に位置する第2の試験面に合焦させなければならない場合に、先行面における屈折を考慮しなければならないことが、算入される。
なお、説明される実施形態は単独で、あるいは互いに組み合わせて示すことができるものである。
対物レンズ240の焦点距離内に、ビームスプリッタが配置されている。このビームスプリッタは、光路を、焦点面を有するコリメータビーム光路と、その焦点面に対して共役のテレスコープ焦点面を有するテレスコープビーム光路とに分割する。
コリメータ焦点面内には、測定機構260を有するプレートが配置されており、その測定機構が光源210の照明ビームによって、集光器250を介して、均質に照明される。
測定機構は、対物レンズを介して無限遠へ投影されて、オートコリメーションテレスコープの前段に配置された、試験対象400の試験面で反射されて、対物レンズ240を通して戻されてテレスコープ平面内へ結像される。
傾き角度アルファに従って、検出器ユニット230上の測定機構260の結像が、変位する。
測定機構の位置の変化は、本発明によれば、間隔dと称される。
このレンズによって、光束を制御ユニットによって試験対象400の座標(z1、y1)を有する第1の試験面401の曲率中心点上に、そして時間的にそれに続いて座標(x2、y2)を有する第2の試験面402の曲率中心点上に合焦させることが、可能となる。
なお、図1は、試験対象をすでに調節された状態で示していることを、指摘しておく。
したがって2つの曲率中心点401aと402aの位置は、z軸上にある。
座標(x1、y1)と(x2、y2)を有する元の曲率中心点の位置は、見やすくするために、図1と2には示されていない。
位置は、計算器ユニット300によって定められ、その計算器ユニットが第1と第2の試験面の曲率中心点の測定値を評価して、そこから試験対象400の位置を導き出す。
試験対象の実際の位置は、たとえば、表示ユニットとして形成されているモニタを介して表示することができる。
この情報を用いて試験対象を移動させ、ないしは傾けることができるので、試験面の曲率中心点が、図1に示されるように、共通の光学軸上に来る。
実施例によれば、補助レンズ120は、さらに大きい合焦領域をカバーするために、光学軸に沿って移動可能に配置されている。
したがって、試験対象が光学軸を中心に回転する場合に、複数の測定値を生成して、試験対象の位置決定に関連づけることが、可能である。
たとえば、試験対象が完璧に参照軸、たとえば光学軸(z)に方向づけされている場合に、光束の個々の光ビームは常に同一の角度で試験対象の表面へ当る。
すなわち、試験対象が参照軸を中心に回転した場合でも、検出器ユニット300上でイメージは常に同一の箇所に現れる。
さらに、図2に示す実施例は、図1に示す第1の実施例から、制御ユニットが付加的にさらに光源210と測定機構260を制御することによっても、区別される。
この問題は、本発明によれば、光源210が赤い色を有する第1の発光ダイオードと青い色を有する第2の発光ダイオードとを有し、それらが同期して切り替えられるようにすることによって解決される。
したがって、2つの測定機構の間に色彩的な違いが生じる。
しかし、この課題は、表示ユニット300としての計算器モニタ上で合成表示によって行うこともできる。この場合においては、単色の光源と、検出器ユニット230としてのモノクロームカメラとを使用することができる。
この実施例においては、測定機構260は、ソフトウェアによって計算器ユニット300を用いてその時間的な発生によって区別される。
試験対象の位置の既知の計算を介して、その後わかった試験対象の特性「偏心」と「傾き」をビデオクロックで同時に出力することも、また可能である。
種々の測定機構の準備は、好ましくはイメージジェネレータによって行われる。
好ましい展開が、従属請求項によって詳しく定義される。
Claims (15)
- 試験対象(400)の位置を定めるシステム(100)であって、
光束を送出するビーム源(210)と、ビームスプリッタ(220)と、検出器ユニット(230)と、対物レンズ(240)と、を備えたオートコリメーションテレスコープ(200)、と、合焦装置(110)として形成された光学エレメント、と、
を具備し、
前記試験対象(400)、ビーム源(210)及び合焦装置(110)が共通の光学軸(z)に沿って配置されており、かつ
合焦装置を制御するための制御装置(300)、を具備し、
前記合焦装置が次のように、すなわち光束が座標(x1、y1)を有する試験対象(400)の第1の試験面(401)の曲率中心点上及び少なくとも、座標(x2、y2)を有する試験対象(400)の第2の試験面(402)の曲率中心点上へ合焦可能であるように、形成されている、
ことを特徴とする試験対象の位置を定めるシステム。 - オートコリメーションテレスコープ(200)が、さらに、測定機構(260)を有している、ことを特徴とする請求項1に記載のシステム(100)。
- 合焦装置(110)が、調節可能な屈折力を有するレンズとして、特に電気的なレンズとして形成されている、ことを特徴とする請求項1又は2のいずれか1項に記載のシステム。
- 光学軸(z)に沿って他の補助レンズ(120)が設けられており、前記補助レンズが対物レンズ(240)と合焦装置(110)の間に配置されている、ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のシステム。
- 補助レンズ(120)が、評価ユニット(125)内に配置されており、かつ評価ユニット(125)が少なくとも1つの他の第2の補助レンズを有し、第1と第2の補助レンズが異なる屈折力を有している、ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のシステム。
- ビーム源(210)が、第1の色を有する光を放射する第1の発光ダイオードと、第1の色とは異なる第2の色を有する光を放射する第2の発光ダイオードとを有している、ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のシステム。
- 請求項1から6のいずれか1項に記載のシステム(100)によって試験対象(400)の位置を定める方法であって、
a)試験対象(400)を準備するステップと、
b)第1の試験面(401)の曲率中心点上へ合焦装置(110)によって光束を合焦させるステップと、
c)第1の測定値を生成するステップと、
d)第2の試験面(402)の曲率中心点上へ合焦装置(110)によって光束を合焦させるステップと、
e)第2の測定値を生成し、
f)計算器ユニット(300)によって第1と第2の測定値を評価するステップと、
を含む、
ことを特徴とする試験対象の位置を定める方法。 - ステップa)とステップb)の間で、少なくとも1つの補助レンズ(120)によって予備合焦が行われる、ことを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 第1の試験面が第1の発光ダイオードによって、そして第2の試験面が第2の発光ダイオードによって照射される、ことを特徴とする請求項7又は8に記載の方法。
- ステップb)とステップd)及び第2の発光ダイオードへの第1の発光ダイオードの切り替えが同期して行われる、ことを特徴とする請求項7から9のいずれか1項に記載の方法。
- 第1と第2の試験面への光束の合焦が、1と50Hzの間の領域内の、好ましくは20と30Hzの間の領域内の、特に好ましくは25Hzまでの、周波数を有するビデオクロックで行われる、ことを特徴とする請求項7から10のいずれか1項に記載の方法。
- 第1と第2の測定値を生成するステップc)とe)が、以下の特徴を有する:
c1)検出器ユニット(230)によって第1のイメージを記録し、前記イメージが第1の試験面(x1、y1)における測定機構(260)の反射に相当し、
e1)検出器ユニット(230)によって第2のイメージを記録し、前記イメージが第2の試験面(x2、y2)における測定機構(260)の反射に相当する、
ことを特徴とする請求項7から11のいずれか1項に記載の方法。 - 評価のステップf)が、以下の特徴を有する:
f1)検出器ユニットによって求められた間隔(d1、d2)を用いて計算器ユニット(300)によって試験対象(xL、yL)の位置を導き出し、
f2)表示ユニット(300)によって試験対象の位置を表示する、
ことを特徴とする請求項7から12のいずれか1項に記載の方法。 - 第1の試験面のために第1の測定機構(260)が使用され、第2の試験面のために、第1のものとは異なる第2の測定機構(260)が使用され、かつステップb)とd)及び第2の測定機構への第1の測定機構の切り替えが同期して行われる、ことを特徴とする請求項7から13のいずれか1項に記載の方法。
- 第1と第2の測定機構(260)が、イメージジェネレータによって準備される、ことを特徴とする請求項14に記載の方法。
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